Aparato difusor en una turbomáquina.

Aparato (200) difusor en una turbomáquina (10) que comprende:

una estructura (220) difusora que tiene paredes (222,

224) interna y externa que definen un paso (236) de flujo a través del que fluyen y difunden gases de modo que se reduce la energía cinética y se aumenta la presión en los gases a medida que se mueven a través de dicho paso (236), teniendo dicha pared (222) interna una primera sección (222A) axial y una sección (222B) escalonada ubicada aguas abajo de dicha primera sección (222A) axial;

una estructura (250) de estabilización asociada con dicha sección (222B) escalonada para estabilizar una zona de recirculación de gas (Z3) independiente ubicada aguas abajo de dicha sección (222B) escalonada, caracterizado porque

dicha estructura (250) de estabilización comprende al menos un amortiguador (250A, 250B) de Helmholtz asociado con dicha sección (222B) escalonada para estabilizar la zona de recirculación de gas (Z3) independiente ubicada aguas abajo de dicha sección (222B) escalonada.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E13183735.

Solicitante: Siemens Energy, Inc.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 4400 Alafaya Trail Orlando, Florida 32826-2399 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: BEECK,ALEXANDER R.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F01D25/30 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F01 MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN GENERAL; MAQUINAS DE VAPOR.F01D MAQUINAS O MOTORES DE DESPLAZAMIENTO NO POSITIVO, p. ej., TURBINAS DE VAPOR (motores de combustión F02; máquinas o motores de líquidos F03, F04; bombas de desplazamiento no positivo F04D). › F01D 25/00 Partes constitutivas, detalles o accesorios no cubiertos en los otros grupos o de un interés no tratado en los mismos. › Amortiguadores de escape, cámaras o partes análogas.
  • F01D5/14 F01D […] › F01D 5/00 Alabes; Organos de soporte de álabes (alojamiento de los inyectores F01D 9/02 ); Calentamiento, aislamiento térmico, refrigeración, o dispositivos antivibración en los álabes o en los órganos soporte. › Forma o construcción (empleo de materiales específicos, medidas contra la erosión o corrosión F01D 5/28).
  • F15D1/06 F […] › F15 DISPOSITIVOS ACCIONADORES POR PRESION DE UN FLUIDO; HIDRAULICA O NEUMATICA EN GENERAL.F15D DINAMICA DE LOS FLUIDOS, ES DECIR, PROCEDIMIENTOS O MEDIOS PARA ACTUAR SOBRE EL FLUJO DE GASES O LIQUIDOS (elementos de circuitos de fluido F15C). › F15D 1/00 Acción sobre el flujo de los fluidos. › actuando sobre la capa límite.

PDF original: ES-2531492_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Aparato difusor en una turbomáquina

Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud provisional estadounidense con número de serie 61/084.079, titulada "Carnot diffuser with devices which reduce sensibility to ¡nlet and outlet flow conditions", presentada el 28 de julio de 2008, por Alexander Ralph Beeck.

Campo de la Invención

La presente Invención se refiere a un aparato difusor en una turbomáquina y, más particularmente, a un aparato difusor tal que comprende una estructura difusora que tiene una sección escalonada y una estructura de estabilización colocada aguas abajo de la sección escalonada para estabilizar una zona de recirculaclón de gas independiente.

Antecedentes de la invención

Un motor de turbina de gas combustible convencional Incluye un compresor, una cámara de combustión y una turbina. El compresor comprime el aire ambiente. La cámara de combustión combina el aire comprimido con un combustible y enciende la mezcla creando productos de combustión que definen un gas de trabajo. Los gases de trabajo se desplazan hacia a la turbina. Dentro de la turbina hay una serle de filas de álabes estacionarias y palas giratorias. Cada par de filas de álabes y palas se denomina etapa. Normalmente, hay múltiples etapas en una turbina. Las palas giratorias se acoplan a un conjunto de árbol y disco. A medida que los gases de trabajo se expanden a través de la turbina, los gases de trabajo hacen que las palas, y por tanto el conjunto de árbol y disco, giren.

Un difusor puede estar colocado aguas abajo de la turbina. El difusor comprende un conducto cuya área de sección transversal aumenta con la distancia. Debido a su área de sección transversal en aumento, el difusor funciona para desacelerar los gases de escape. Por tanto, la energía cinética de los gases de escape disminuye mientras que aumenta la presión de los gases de escape. Cuanto mayor es la recuperación de presión antes de que los gases de escape salgan del difusor, menor es la presión del gas de escape en la última etapa de turbina. Cuanto menor es la presión en la última etapa de turbina, mayor es la relación de presión por la turbina y mayor es el trabajo desde la turbina. El documento EP 1 559 874 A da a conocer un difusor de turbina típico.

Es deseable producir un gran aumento de presión y una gran disminución de la velocidad de flujo de gas de escape de la entrada a la salida del difusor. La difusión dentro de un difusor puede reducirse cuando el flujo de gas se separa de las paredes de difusor. Por tanto, es deseable minimizar la separación de flujo de gas de las paredes de un difusor.

Sumario de la invención

Según un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato difusor en una turbomáquina que comprende una estructura difusora y una estructura de estabilización. La estructura difusora puede tener paredes interna y externa que definen un paso de flujo a través del que fluyen y difunden gases de modo que se reduce la energía cinética y se aumenta la presión en los gases a medida que se mueven a través del paso. La pared interna puede tener una primera sección axial y una sección escalonada ubicada aguas abajo de dicha primera sección axial, estando asociada la estructura de estabilización con dicha sección escalonada para estabilizar una zona de recirculación de gas independiente ubicada aguas abajo de dicha sección escalonada, comprendiendo dicha estructura de estabilización al menos un amortiguador de Helmholtz asociado con dicha sección escalonada para estabilizar la zona de recirculación de gas independiente ubicada aguas abajo de dicha sección escalonada.

Según un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato difusor en una turbomáquina que comprende una estructura difusora y una estructura de estabilización. La estructura difusora incluye paredes interna y externa que definen un paso de flujo a través del que fluyen y difunden gases de modo que se reduce la energía cinética y se aumenta la presión en los gases a medida que se mueven a través del paso. La pared externa puede tener secciones axiales primera y segunda y una sección escalonada que une las secciones axiales primera y segunda. La estructura de estabilización está colocada aguas abajo de la sección escalonada de la pared externa para estabilizar una zona de recirculación de gas independiente ubicada aguas abajo de dicha sección escalonada de pared externa, comprendiendo dicha estructura de estabilización al menos un amortiguador de Helmholtz asociado con dicha sección escalonada para estabilizar la zona de recirculación de gas independiente ubicada aguas abajo de dicha sección escalonada.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista en sección transversal esquemática de un motor de turbina de gas que incluye un aparato difusor construido según una primera realización de la presente invención;

la figura 2 es una vista en sección transversal esquemática de un motor de turbina de gas que incluye un aparato difusor construido según una segunda realización de la presente invención;

la figura 3 es una vista en sección transversal esquemática de un motor de turbina de gas que incluye un aparato difusor construido según una tercera realización de la presente invención; y

la figura 4 es una vista en sección transversal esquemática de un motor de turbina de gas que incluye un aparato difusor construido según una cuarta realización de la presente invención.

Descripción detallada de la invención

A continuación se describirán realizaciones de un aparato difusor, construido según la presente invención, para su uso en una turbomáquina. Con referencia a la figura 1, la turbomáquina 10 puede comprender un motor de turbina de gas combustible que incluye una carcasa 11 externa, un compresor (no mostrado), una cámara de combustión (no mostrada) y una turbina 12. El compresor comprime aire ambiente. La cámara de combustión combina el aire comprimido con un combustible y enciende la mezcla creando productos de combustión que definen un gas de trabajo. Los gases de trabajo se desplazan a la turbina 12. Dentro de la turbina 12 hay una serie de filas de álabes 14 estacionarias y palas 16 giratorias. Cada par de filas de álabes y palas se denomina etapa. En la figura 1 se ilustra una última etapa 12A en la turbina 12. Las palas 16 giratorias están acopladas a un conjunto 18 de árbol y disco. A medida que los gases de trabajo se expanden a través de la turbina, los gases de trabajo hacen que las palas 16, y por tanto el conjunto 18 de árbol y disco, giren. Un árbol o rotor 18A del conjunto 18 de árbol y disco está montado para girar con un cojinete 19, por ejemplo, un cojinete liso. El cojinete 19 está montado en un alojamiento 19A de cojinete estacionario, que, a su vez, está montado en la carcasa externa a través de una pluralidad de puntales 60 de soporte.

Según una primera realización de la presente invención, ilustrada en la figura 1, un aparato 20 difusor está colocado aguas abajo de la última etapa 12A de turbina. El aparato 20 difusor comprende una estructura 30 difusora y estructuras 40 y 50 de estabilización primera y segunda. La estructura 30 difusora incluye paredes 32 y 34 interna y externa que definen un paso 36 de flujo a través del que fluyen y difunden gases de escape G procedentes de la turbina 12. A medida que los gases G difunden en la estructura 30 difusora, se reduce su energía cinética mientras que aumenta la presión de los gases G.

La pared 34 externa comprende secciones 34Ay 34B axiales primera y segunda y una sección 34C escalonada que une las secciones 34A y 34B axiales primera y segunda. La primera sección 34A axial puede expandirse hacia fuera y la segunda sección 34B axial tiene un diámetro interno sustancialmente mayor que un diámetro interno de la primera sección 34A. La pared 32 Interna puede comprender una primera sección 32A axial y una sección 32B escalonada ubicada aguas abajo de la primera sección 32A. La estructura 30 difusora tiene una forma similar a un "difusor de descarga" conocido. Sólo una parte superior de la estructura 30 difusora se muestra esquemáticamente en la figura 1.

Como la segunda sección 34B axial de pared externa tiene un diámetro interno que es sustancial mente mayor que un diámetro interno de la primera sección 34A de pared externa y el aumento en el diámetro entre las secciones 34A y 34B primera y segunda se produce por una distancia axial muy pequeña en la sección 34C escalonada, se cree que los gases de escape que fluyen a través del paso 36 forman una primera zona de recirculación de gas Zi o remolinos justo aguas abajo de la sección 34C escalonada de la pared 34 externa. La primera zona... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Aparato (200) difusor en una turbomáquina (10) que comprende:

una estructura (220) difusora que tiene paredes (222, 224) interna y externa que definen un paso (236) de flujo a través del que fluyen y difunden gases de modo que se reduce la energía cinética y se aumenta la presión en los gases a medida que se mueven a través de dicho paso (236), teniendo dicha pared (222) Interna una primera sección (222A) axial y una sección (222B) escalonada ubicada aguas abajo de dicha primera sección (222A) axial;

una estructura (250) de estabilización asociada con dicha sección (222B) escalonada para estabilizar una zona de reclrculaclón de gas (Z3) independiente ubicada aguas abajo de dicha sección (222B) escalonada, caracterizado porque

dicha estructura (250) de estabilización comprende al menos un amortiguador (250A, 250B) de Helmholtz asociado con dicha sección (222B) escalonada para estabilizar la zona de recirculación de gas (Z3) independiente ubicada aguas abajo de dicha sección (222B) escalonada.

2. Aparato (200, 400) difusor según la reivindicación 1, en el que dicha pared (224, 424) externa comprende secciones (224A, 224B, 424A, 424B) axiales primera y segunda y una sección (224C, 424C) escalonada que une dichas secciones (224A, 224B, 424A, 424B) axiales primera y segunda.

3. Aparato (200, 400) difusor según la reivindicación 2, en el que dicha segunda sección (224B, 424B) axial de pared externa tiene un diámetro interno mayor que un diámetro interno de dicha primera sección (224A, 424A) axial de pared externa.

4. Aparato difusor en una turbomáquina que comprende:

una estructura difusora que tiene paredes interna y externa que definen un paso de flujo a través del que fluyen y difunden gases de modo que se reduce la energía cinética y se aumenta la presión en los gases a medida que se mueven a través de dicho paso, teniendo dicha pared externa secciones axiales primera y segunda y una sección escalonada que une dichas secciones axiales primera y segunda; y

una estructura de estabilización asociada con dicha sección escalonada de dicha pared externa para estabilizar una zona de recirculación de gas independiente ubicada aguas abajo de dicha sección escalonada de pared externa,

caracterizado porque dicha estructura de estabilización comprende al menos un amortiguador de Helmholtz asociado con dicha sección escalonada para estabilizar la zona de recirculación de gas independiente ubicada aguas abajo de dicha sección escalonada.


 

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